天然气用椭圆波纹管干/湿式空气冷却器研究

在石油天然气生产、输送工艺过程中,空气冷却器是关键的大型重要设备。新式空气冷却器采用无翅片椭圆不锈钢波纹管管束替代传统的翅片管管束,是空气冷却器设计制造的技术创新。无翅片椭圆不锈钢波纹管管束的出口温度与普通碳钢翅片管管束出口温度,仅相差2℃左右,其最高工作压力2MPa,最高工作温度400℃。根据测试的实验数据,可以进行样机试制。此项技术基本成熟,制作工艺简单,成本低,可提高空气冷却器的耐久性、可靠性、耐腐蚀性和耐污染性。     

波纹管与缩放管传热性能比较及场协同分析

利用FLUENT软件对波纹管、缩放管和光管夹套间空气对流传热进行了数值模拟,结果表明波纹管有较好的综合强化传热性能。应用场协同理论分析了波纹管、缩放管强化传热机理,发现在波纹管波峰下游处,温度梯度和速度场之间的夹角变小,纵向速度场和温度梯度场更加均匀,协同程度最好,从而强化传热。通过实验验证了数值模拟的可行性。     

换热器EHD强化空气对流传热及其动力学分析

以空气为实验工质,对以光管、横纹管为传热管的管束换热器强制对流传热进行了高压电场强化(EHD)实验研究,得到了努塞尔数与雷诺数,传热强化系数与外加电场电压的关系曲线,验证了外加高压电场对管束换热器对流传热有一定的强化效果。还对实验采集及数值模拟所得的壳程压力波动信号进行了最大李雅普诺夫指数计算和分析,从动力学的角度研究了EHD强化传热机理。结果表明,当有高压电场作用时,换热器传热系统较易出现混沌,从而强化传热。     

空冷器管箱设计与配管设计的影响作用研究

文章基于某海外项目空气冷却器管箱部分的设计调整实例,阐述了通过改进空气冷却器管箱与管束侧梁的支承方式及调整其支承间隙、使管道外力荷载满足API 661标准允许受力的要求并通过管箱支架校核的方法及过程。在此基础上得出了空冷器管束在应力分析过程中精确的模拟方式、空冷器管箱支承处的校核方法以及空冷器管束支架的支撑形式和预留间隙的大小对空冷器配管设计的影响方式。     

波纹管换热管束的工业应用

介绍了波纹管换热管束在洛阳石化总厂炼油厂一催化车间轻柴油-除盐水换热器上的首次应用情况。结果表明，在换热器壳体尺寸不变时，选用波纹管换热管束，每台换热器能够多回收能量9　852MJ，加大了运行可靠度,降低了设备维修成本。     

高低压加氢换热器管束腐蚀疲劳断裂分析及改进措施

某企业加氢裂化装置1台反应产物/低分油换热器管束中2根换热管发生断裂、脱出问题。经各项理化分析表明:管内存在氯离子富集导致内壁出现点腐蚀;在壳程流体冲击及换热器结构等因素影响下,管束易振动,需承受一定的交变载荷;在点腐蚀及交变载荷引起的循环应力作用下,换热管内壁腐蚀疲劳裂纹不断扩展,最终过载断裂。     

波纹管成型及膨胀过程力学性能分析

为了确保膨胀波纹管能满足其在膨胀后具有尽可能大的抗外挤强度和抗内压强度等性能要求,重点对YS1、YS2和YS3这3种材料的波纹管成型及膨胀过程力学性能变化进行了分析,模拟分析了波纹管膨胀压力,并在地面对波纹管进行了膨胀试验。试验及模拟结果表明,对241.3 mm井眼用的2种管材的波纹管,液压膨胀模拟到16 MPa,具有较好的膨胀圆度;对3种常见管材、241.3 mm井眼用的波纹管,抗内压强度为23.55～30.10 MPa,满足抗内压要求。光管的抗外挤强度为5.20～8.57 MPa,在井下岩层中的抗外挤强度为15.45～20.49 MPa,满足抗外挤要求。     

煤气管网波纹管损伤疲劳失效机理

通过对使用一个周期,受损伤失稳变形的和近乎完好的波纹管疲劳载荷实验,结合交变载荷下的应力分析,以及失效件宏观和微观疲劳断口的显微分析,探讨了波纹管损伤的形成,裂纹的扩展,直至断裂全过程,揭示了管网体系中波纹管的损伤疲劳失效机理.     

多层不锈钢波纹管换热器的研制与运行测试

压缩机中间换热器是天然气输送生产中的关键设备 ,换热器管束腐蚀、结垢和堵塞等故障 ,使水流不畅 ,换热效率下降。鉴于此 ,研制了多层不锈钢波纹管换热器 ,可使管内流体产生扰动 ,形成内壁的涡旋流 ,破坏边界层和污垢层的厚度 ,并增加换热系数。运行测试表明 :(1 )波纹管换热器的换热效率高于普通列管式换热器 ,其天然气出口温度完全满足压缩机的工作温度要求 ;(2 )换热器采用多层不锈钢波纹管管束 ,能适应较大的温差应力 ,不结垢 ,耐腐蚀 ,不泄漏 ,克服了普通单层不锈钢波纹管的“点腐蚀” ,压缩机运转正常平稳 ,运行周期大大延长     

空间锥形螺旋弹性管束换热特性数值分析

基于有限差分方法,结合数值模拟技术分析了空间锥形螺旋弹性管束的结构参数对其换热特性的影响规律,通过与文献中试验数据对比将误差控制在5%以内。在此基础上,从对流换热场协同理论出发,计算了空间螺旋管束管内速度、速度梯度、温度梯度和压力梯度各矢量间的协同关系,通过对3种协同角对比分析了管束的强化换热特性、压降特性以及综合性能。结果表明,空间螺旋弹性管束的锥度对其换热特性影响较大,而螺距对其换热特性的影响可以忽略;另外,与内插细杆强化管相比,空间螺旋弹性管束的综合性能显著提高。     

波纹管内流动与传热三维数值模拟

应用三维变物性层流模型及低雷诺数湍流模型分别对波纹管及光管管内流动与传热性能进行了模拟研究,并通过实验结果进行了验证。数值模拟表明,所研究的波纹管内层流向湍流过渡的雷诺数范围为600～800,波纹管的波纹起伏使得管内的流动变得复杂,产生了有利于传热强化的二次涡流。在低雷诺数下波纹管的综合传热性能不及光管,而在高雷诺数下。波纹管综合传热性能逐渐得到改善。通过数值计算获得了波纹管最优波纹高度参数为ε=1.16。     

波节管管内强化传热有限元Ansys分析

利用Ansys对3种不同规格波节管进行了模拟求解,得出了湍流状态下波节管内流体的速度场和温度场,从微观上说明了波节管的强化传热机理。数值计算结果表明,湍流工况下波节管的努塞尔数Nu比光管提高2.97~3.80倍。拟合出的努塞尔数准则公式可为波节管实际应用提供一定的参考价值。     

几种强化传热管的流阻和传热性能

对螺旋槽管、横纹管和 2种不同结构尺寸的缩放管进行了流阻和传热性能实验研究 ,得到了这 4种强化管的流阻和传热系数 ,并与光滑管进行了对比。通过综合评价 ,在实验范围内 ,其综合性能按优劣依次为螺旋槽管、横纹管、缩放管 1、缩放管 2。     

波节管当量壁厚研究

应用ANSYS对波节管和对应光管轴向刚度进行了分析,用数学软件Origin对有限元分析结果进行了拟合,归纳了将波节管的壁厚转换成对应光管壁厚的当量关联式,通过该关联式可将波节管换热器的管板按光管换热器管板来设计,为波节管换热器的管板设计提供了一种有效方法。     

几种换热管在电场强化对流实验中传热性能比较

对水平光管、横纹管、螺旋槽管、花瓣管在电场强化（EHD）单管试验中进行对流传热实验,蒸汽走管程,空气走壳程。实验结果表明：在相同的雷诺数下,施加电场后,传热膜系数和阻力系数都有一定的提高,其中花瓣管的强化效率指标最大,达到1．98,在电压为30kV时,花瓣管外电场强化作用最明显,强化系数达2．76。     

套管对空温式气化器传热的影响

在空温式气化器翅片管内加装套管,将翅片管与套管作为整体建立传热计算模型,采用计算流体力学(CFD)数值模拟空温式气化器的传热过程,获得不同内径( φ6、φ8、φ10 mm)套管气化器流速、温度、气含率、传热系数的分布规律。搭建套管结构空温式气化器实验平台,通过实验验证数值模拟结果的可靠性。结果表明：模拟的气化器出口温度和实验结果误差为4.75%~6.46%,翅片表面的温度误差在7%以内,验证了数值模拟所采用假设的准确性;套管对传热管内流体的流动特性具有扰动作用,并提高了其换热能力;3种规格套管中  φ6 mm套管翅片表面温度最高,其气含率比无套管结构提高4%,强化传热效果最优。     

外伴管伴热系统传热特性及优化的数值研究

利用FLUEM软件,对外伴管伴热体系传热特性及其优化进行了数值分析与讨论.分析表明系统中存在传导、对流及辐射传热,其中封闭空气夹层又存在层流自然对流.计入空气对流的模拟表明,工艺管受热不均匀,而伴管布置在其正下方、保持空气层不被保温层挤占可提高伴热效果.伴热平衡时,伴热介质温度、热损失随物料温度近似线性增加.空气层均温假设导致工程设计不合理,而降低工艺管与伴管之间的热阻是提高伴热能力的关键.     

大型重整加热炉的设计与优化

介绍了重整加热炉的设计特点。通过区域法模拟分析,对大型侧烧U形管重整加热炉传热影响因素(如炉膛宽度、火焰长度、燃烧器的布置、空气流速及入炉温度等)进行了分析。研究结果表明:①炉膛越宽,传热均匀度越差,管壁峰值温度越高,管内工艺介质温度分布越不均匀;②改进燃烧器的能量分布可以改善炉膛温度场分布,显著降低最高管壁温度;③火焰越长,炉膛温度场分布越均匀,传热均匀度越好;④在强制通风条件下,燃烧器空气流速越高,炉膛温度场分布越均匀;⑤空气预热温度对传热均匀度的不利影响有限,但在较高的燃烧器空气流速下,传热均匀度改善,最高管壁温度降低。指出重整加热炉采用高温预热器在技术上是可行的。     

波节管管内换热与阻力特性的实验研究

为使波节管换热器在石化企业推广应用 ,利用实际型实验装置对 4种不同几何尺寸波节管的换热和阻力特性进行了实验研究。结果表明 ,波节的存在增加了对流体流动的扰动 ,提高了波节管的换热能力 ;波节管的换热能力随波节长度与波深比值的减小而增加。在低雷诺数下 ,波节管的换热系数与阻力性能比明显好于光管 ;在高雷诺数下 ,两者的换热系数与阻力性能比非常接近。在低雷诺数 (Re <30 0 0 )和高雷诺数 (Re >70 0 0 )时 ,波节管的换热与阻力综合性能比较理想